Оптика и фотоника. Принципы и применения
В 2 томах Том 1
Покупка
Тематика:
Оптика
Издательство:
Интеллект
Перевод:
Дербов В. Л.
Год издания: 2012
Кол-во страниц: 760
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Кадры высшей квалификации
ISBN: 978-5-91559-038-9
Артикул: 441417.01.11
Доступ онлайн
900 ₽
В корзину
Сравнительно новый термин "фотоника" возник по аналогии с хорошо известным термином "электроника". Это современное состояние науки о взаимодействии света и вещества и многочисленных технологических приложениях. Этот термин отражает квантовую (фотонную) природу света и включает широкий круг физических явлений, методов и устройств, используемых для генерации света, управления его свойствами, передачи, регистрации, воздействия светом на вещество и оптической диагностики материальных сред. В учебной литературе на русском языке, рассчитанной на студентов физических и технических специальностей, в настоящее время отсутствует книга, объединяющая указанный круг проблем. Данный пробел призван восполнить перевод на русский язык второго издания книги известных американских специалистов Б.Салеха и М.Тейха, посвященной введению в фотонику и рассчитанной на широкий круг читателей - студентов и преподавателей вузов, инженеров и специалистов, работающих в области современных оптических технологий.
Содержание книги охватывает оптику лучей, волн и пучков, фурье-оптику, электромагнитную теорию света, поляризационную оптику, оптику фотонных кристаллов, волноводов и резонаторов, элементы статистической и квантовой оптики, взаимодействие фотонов с атомами, лазерные усилители и лазеры, оптику полупроводников, полупроводниковые источники и приемники фотонов, акусто- и электрооптику, основы нелинейной оптики, включая оптику ультракоротких импульсов света, а также основные сведения об оптических системах связи и их элементах - оптических соединителях и переключателях.
Только для владельцев печатной версии книги: чтобы получить доступ к дополнительным материалам, пожалуйста, введите последнее слово на странице №557 Вашего печатного экземпляра.
Ввести кодовое слово
ошибка
-
Салех 1 TOM Цв вкл.pdf
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Б. САЛЕХ, М. ТЕЙХ ОПТИКА И ФОТОНИКА ПРИНЦИПЫ И ПРИМЕНЕНИЯ Том 1 Перевод с английского В.Л. Дербова Издательский Дом ИНТЕЛЛЕКТ ДОЛГОПРУДНЫЙ 2012
Б. Салех, М. Тейх
Оптика и фотоника. Принципы и применения. Пер. с англ.: Учебное пособие. В 2 т. Т 1 / Б. Салех, М. Тейх — Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2012. — 760 с.: цв. вкл.
ISBN 978-5-91559-038-9
Сравнительно новый термин «фотоника» возник по аналогии с хорошо известным термином «электроника». Это современное состояние науки о взаимодействии света и вещества и многочисленных технологических приложениях.
Этот термин отражает квантовую (фотонную) природу света и включает широкий круг физических явлений, методов и устройств, используемых для генерации света, управления его свойствами, передачи, регистрации, воздействия светом на вещество и оптической диагностики материальных сред. В учебной литературе на русском языке, рассчитанной на студентов физических и технических специальностей, в настоящее время отсутствует книга, объединяющая указанный круг проблем. Данный пробел призван восполнить перевод на русский язык второго издания книги известных американских специалистов.
Содержание книги охватывает оптику лучей, волн и пучков, фурье-оптику, электромагнитную теорию света, поляризационную оптику, оптику фотонных кристаллов, волноводов и резонаторов, элементы статистической и квантовой оптики, взаимодействие фотонов с атомами, лазерные усилители и лазеры, оптику полупроводников, полупроводниковые источники и приемники фотонов, акусто- и электрооптику, основы нелинейной оптики, включая оптику ультракоротких импульсов света, а также основные сведения об оптических системах связи и их элементах — оптических соединителях и переключателях.
Начиная с элементарных основ оптики, авторы достаточно быстро подводят читателя к самым современным научным достижениям и техническим решениям. Математический аппарат изложен лаконично, но достаточно строго, наглядность обеспечивается большим количеством иллюстраций.
Каждый раздел книги снабжен хорошо продуманным набором задач, что делает ее весьма полезной как для преподавателей, так и для самостоятельной работы студентов.
Огромный объём материала, охватывающего все разделы оптики, потребовал выпустить книгу на русском языке в виде двухтомника.
FUNDAMENTALS OF PHOTONICS
SECOND EDITION
BAHAA E. A. SALEH
Boston University
MALVIN CARL TEICH
Boston University
Columbia University
ISBN 978-5-91559-038-9
ISBN 978-0-4713-5832-9 (англ.)
WILEY-INTERSCIENCE
A John Wiley & Sons, Inc., Publication ®
© 2007, John Wiley & Sons
© 2012, ООО Издательский Дом «Интеллект», перевод на русский язык, оригинал-макет, оформление
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ К ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ....................................10
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ....................................18
Глава 1
ОПТИКА ЛУЧЕЙ.....................................................21
1.1. Постулаты лучевой оптики.................................23
1.2. Простые оптические элементы..............................27
1.2.1. Зеркала.............................................27
1.2.2. Плоские границы.....................................31
1.2.3. Сферические границы и линзы.........................34
1.2.4. Световоды...........................................38
1.3. Оптика сред с градиентным показателем преломления........40
1.3.1. Уравнение луча......................................41
1.3.2. Оптические элементы с градиентным показателем преломления...............................................43
*1.3.3. Уравнение эйконала..................................48
1.4. Матричная оптика.........................................50
1.4.1. Матрица передачи луча...............................51
1.4.2. Матрицы простых оптических элементов................52
1.4.3. Матрицы каскада оптических элементов................54
1.4.4. Периодические оптические системы....................57
Глава 2 ОПТИКА ВОЛН......................................................69
2.1. Постулаты волновой оптики................................70
2.2. Монохроматические волны..................................72
2.2.1. Комплексное представление и уравнение Гельмгольца...73
2.2.2. Элементарные волны..................................75
2.2.3. Параксиальные волны.................................80
*2.3. Связь между волновой и лучевой оптикой...................82
2.4. Простые оптические элементы..............................84
2.4.1. Отражение и преломление.............................84
В конце каждой главы приведены литература, рекомендуемая авторами, и задачи. — Прим, издательства.
—I Оглавление
2.4.2. Прохождение через оптические элементы................85
2.4.3. Оптические элементы с градиентным показателем преломления.................................................93
2.5. Интерференция..............................................94
2.5.1. Интерференция двух волн..............................94
2.5.2. Многоволновая интерференция........................ 101
2.6. Полихроматический и импульсный свет...................... 105
2.6.1. Временное и спектральное описание.................. 106
2.6.2. Световые биения.................................... 110
Глава 3 ОПТИКА ПУЧКОВ.................................................... 116
3.1. Гауссов пучок............................................ 117
3.1.1. Комплексная амплитуда.............................. 117
3.1.2. Свойства........................................... 119
3.1.3. Качество пучка..................................... 129
3.2. Прохождение через оптические элементы.................... 130
3.2.1. Прохождение через тонкую линзу..................... 130
3.2.2. Формирование пучка................................. 133
3.2.3. Отражение от сферического зеркала.................. 137
*3.2.4. Прохождение через произвольную оптическую систему.. 138
3.3. Пучки Эрмита-Гаусса...................................... 141
3.4. Пучки Лагерра-Гаусса и Бесселя........................... 145
Глава 4 ФУРЬЕ-ОПТИКА..................................................... 151
4.1. Распространение света в свободном пространстве............154
4.4.1. Пространственные гармоники и плоские волны......... 154
4.1.2. Передаточная функция свободного пространства....... 164
4.1.3. Функция отклика на импульсное воздействие для свободного пространства.............................................. 168
4.1.4. Принцип Гюйгенса-Френеля........................... 170
4.2. Оптическое преобразование Фурье.......................... 170
4.2.1. Преобразование Фурье в дальней зоне................ 171
4.2.2. Преобразование Фурье с помощью линзы............... 174
4.3. Дифракция света.......................................... 178
4.3.1. Дифракция Фраунгофера.............................. 180
4.3.2. Дифракция Френеля.................................. 184
4.4. Формирование изображения................................. 189
4.4.1. Лучевая оптика однолинзовой изображающей системы... 189
4.4.2. Волновая оптика формирования изображения в 4f-системе. 191
4.4.3. Волновая оптика однолинзовой изображающей системы..... 195
4.4.4. Формирование изображения в ближнем поле.............200
4.5. Голография................................................203
Оглавление -Jb 5
Глава 5 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОПТИКА..........................................221
5.1. Электромагнитная теория света............................223
5.2. Электромагнитные волны в диэлектрических средах..........227
5.2.1. Линейные, недиспергирующие, однородные и изотропные среды......................................................228
5.2.2. Нелинейные, диспергирующие, неоднородные, или неизотропные, среды....................................230
5.3. Монохроматические электромагнитные волны.................236
5.4. Элементарные электромагнитные волны......................239
5.4.1. Плоские, сферические и гауссовы электромагнитные волны.239
5.4.2. Связь между электромагнитной и скалярной волновой оптикой....................................................245
5.4.3. Векторные пучки.....................................246
5.5. Поглощение и дисперсия...................................247
5.5.1. Поглощение..........................................247
5.5.2. Дисперсия...........................................251
5.5.3. Резонансная среда...................................253
5.5.4. Оптика проводящих сред..............................260
5.6. Распространение импульсов в средах с дисперсией..........265
5.7. Оптика магнитных материалов и метаматериалов.............274
Глава 6 ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ОПТИКА...........................................283
6.1. Поляризация света........................................285
6.1.1. Поляризация.........................................285
6.1.2. Матричное представление.............................290
6.2. Отражение и преломление..................................298
6.3. Оптика анизотропных сред.................................306
6.3.1. Показатели преломления..............................307
6.3.2. Распространение вдоль главной оси...................310
6.3.3. Распространение в произвольном направлении..........312
6.3.4. Дисперсионные соотношения, лучи, волновые фронты и перенос энергии..........................................314
6.3.5. Двулучепреломление..................................319
6.4. Оптическая активность и магнитооптика....................322
6.4.1. Оптическая активность...............................322
6.4.2. Магнитооптика: эффект Фарадея.......................326
6.5. Оптика жидких кристаллов.................................328
6.6. Поляризационные устройства...............................332
6.6.1. Поляризаторы........................................332
6.6.2. Фазовые пластинки...................................333
6.6.3. Вращатели плоскости поляризации.....................335
6.6.4. Невзаимные поляризационные устройства...............336
JU Оглавление
Глава 7 ОПТИКА ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ.......................................343
7.1. Оптика многослойных диэлектрических сред.................346
7.1.1. Матричная теория многослойной оптики...............346
7.1.2. Эталон Фабри-Перо..................................357
7.1.3. Решетка Брэгга.....................................361
7.2. Одномерные фотонные кристаллы............................372
7.2.1. Моды Блоха.........................................373
7.2.2. Матричная оптика периодических сред................377
7.2.3. Фурье-оптика периодических сред....................386
7.2.4. Границы между периодическими и однородными средами..389
7.3. Двумерные и трехмерные фотонные кристаллы................392
7.3.1. Двумерные фотонные кристаллы.......................393
7.3.2. Трехмерные фотонные кристаллы......................396
Глава 8 ОПТИКА ВОЛНОВОДОВ................................................406
8.1. Планарные зеркальные волноводы...........................408
8.2. Планарные диэлектрические волноводы......................418
8.2.1. Волноводные моды...................................419
8.2.2. Распределения полей................................423
8.2.3. Дисперсионные соотношения и групповые скорости.....426
8.3. Двумерные волноводы......................................429
8.4. Фотонно-кристаллические волноводы........................434
8.5. Оптическая связь в волноводах............................436
8.5.1. Устройства ввода...................................436
8.5.2. Связанные волноводы................................439
8.5.3. Периодические волноводы............................446
8.6. Металлические волноводы с размерами меньше длины волны (плазмоника).................................................447
Глава 9 ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА................................................452
9.1. Направляемые лучи........................................454
9.1.1. Волокна со ступенчатым профилем показателя преломления...............................................454
9.1.2. Градиентные волокна................................458
9.2. Направляемые волны.......................................460
9.2.1. Волокна со ступенчатым профилем показателя преломления...............................................461
9.2.2. Одномодовые волокна................................471
9.2.3. Квазиплоские волны в волокнах со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления.............474
Оглавление —i 7
9.3. Затухание и дисперсия......................................481
9.3.1. Затухание............................................482
9.3.2. Дисперсия............................................485
9.4. Микроструктурные и фотонно-кристаллические волокна.........496
Глава 10
ОПТИКА РЕЗОНАТОРОВ.................................................504
10.1. Резонаторы с плоскими зеркалами...........................507
10.1.1. Моды резонатора.....................................507
10.1.2. Внеосевые моды резонатора...........................518
10.2. Резонаторы со сферическими зеркалами......................519
10.2.1. Удержание лучей.....................................520
10.2.2. Гауссовы моды.......................................523
10.2.3. Резонансные частоты.................................528
10.2.4. Моды Гаусса-Эрмита..................................529
10.2.5. Конечные апертуры и дифракционные потери............531
10.3. Дву- и трехмерные резонаторы..............................533
10.3.1. Двумерные прямоугольные резонаторы..................533
10.3.2. Круговые резонаторы и моды шепчущей галереи.........535
10.3.3. Трехмерные резонаторы в виде прямоугольной полости.........537
10.4. Микрорезонаторы...........................................540
10.4.1. Прямоугольные микрорезонаторы.......................541
10.4.2. Резонаторы в виде микростолбиков, микродисков и микроторов................................................542
10.4.3. Микросферические резонаторы.........................543
10.4.4. Фотонно-кристаллические микрорезонаторы.............545
Глава 11
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОПТИКА..............................................551
11.1. Статистические свойства случайного света..................553
11.1.1. Оптическая интенсивность............................553
11.1.2. Временная когерентность и спектр....................555
11.1.3. Пространственная когерентность......................562
11.1.4. Продольная когерентность............................567
11.2. Интерференция частично когерентного света.................570
11.2.1. Интерференция двух частично когерентных волн........570
11.2.2. Интерференция и временная когерентность.............571
11.2.3. Интерференция и пространственная когерентность......575
11.3. Прохождение частично когерентного света через оптические системы.579
11.3.1. Распространение частично когерентного света.........580
11.3.2. Формирование изображений в некогерентном свете......582
11.3.3. Приобретение пространственной когерентности при распространении.........................................586
11.4. Частичная поляризация.....................................591
JU Оглавление
Глава 12 ОПТИКА ФОТОНОВ.......................................................602
12.1. Фотон.......................................................604
12.1.1. Энергия фотона.......................................606
12.1.2. Поляризация фотона...................................607
12.1.3. Положение фотона.....................................610
12.1.4. Импульс фотона.......................................612
12.1.5. Интерференция фотона.................................615
12.1.6. Временная локализация фотона.........................617
12.2. Потоки фотонов..............................................620
12.2.1. Средний поток фотонов................................621
12.2.2. Случайность потока фотонов...........................624
12.2.3. Статистика числа фотонов.............................626
12.2.4. Случайное разбиение фотонных потоков.................634
*12.3. Квантовые состояния света..................................637
12.3.1. Когерентные состояния света..........................641
12.3.2. Сжатые состояния света...............................642
Глава 13 ФОТОНЫ И АТОМЫ.......................................................652
13.1. Уровни энергии..............................................653
13.1.1. Атомы................................................654
13.1.2. Молекулы.............................................660
13.1.3. Твердые тела.........................................663
13.2. Заселенность уровней энергии................................674
13.2.1. Распределение Больцмана..............................674
13.2.2. Распределение Ферми-Дирака...........................676
13.3. Взаимодействие фотонов с атомами............................677
13.3.1. Взаимодействие одномодового света с атомом...........677
13.3.2. Спонтанное излучение.................................682
13.3.3. Вынужденное излучение и поглощение...................685
13.3.4. Уширение линий.......................................689
*13.3.5. Усиленное спонтанное излучение.......................695
*13.3.6. Лазерное охлаждение атомов и лазерные ловушки........696
13.4. Тепловое излучение..........................................698
13.4.1. Тепловое равновесие между фотонами и атомами.........698
13.4.2. Спектр излучения черного тела........................700
13.5. Люминесценция и рассеяние света.............................703
13.5.1. Виды люминесценции...................................703
13.5.2. Фотолюминесценция....................................705
13.5.3. Рассеяние света......................................708
Оглавление —i 9
Глава 14
ЛАЗЕРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ..................................................716
14.1. Теория лазерного усиления..................................719
14.1.1. Коэффициент и ширина полосы усиления.................720
14.1.2. Фазовый сдвиг........................................724
14.2. Накачка усилителя..........................................725
14.2.1. Скоростные уравнения.................................726
14.2.2. Схемы накачки........................................730
14.3. Распространенные лазерные усилители........................736
14.3.1. Рубин................................................736
14.3.2. Стекло с неодимом....................................738
14.3.3. Кварцевое волокно, легированное эрбием...............739
14.3.4. Волоконные ВКР-усилители.............................742
14.3.5. Таблица избранных лазерных переходов.................745
14.4. Нелинейность усилителя.....................................745
14.4.1. Насыщение усиления в однородно-уширенной среде.......745
*14.4.2. Насыщение усиления в неоднородно-уширенной среде.....751
*14.5. Шум усилителя..............................................754
ПРЕДИСЛОВИЕ
К ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
С момента выхода первого издания в 1991 г. книга «Основы фотоники» переиздавалась около 20 раз, была переведена на чешский и японский языки и использовалась по всему миру как учебник и справочник. За этот период продолжалось быстрое развитие фотоники, открывшее путь новым технологиям, таким как телекоммуникации и применения в промышленности и медицине. Второе издание обобщает эти достижения, сохраняя однотомный формат книги в пределах разумного объема. (В русском переводе книга выходит в двух томах. — прим. пер.)
В своей новой структуре «Основы фотоники» продолжают служить самодостаточным, стоящим на уровне современных требований учебником вводного уровня, обеспечивающим логическое сочетание теории и приложений. Многие читатели первого издания были удовлетворены его обильными иллюстрациями. Это качество усилено во втором издании за счет введения цветных иллюстраций по всей книге, обеспечивающих наглядность и облегчающих ее чтение.
Притом, что все 22 главы первого издания существенно обновлены, для второго издания принципиально добавление двух новых глав: одна о фотонных кристаллах, а другая — об оптике ультракоротких импульсов. В них отражаются достижения, оказывающие существенное и растущее влияние на фотонику в последние десять лет.
Новая глава об оптике фотонных кристаллов дает основу для понимания оптики слоистых сред, включая решетки Брэгга, с помощью матричного подхода. Распространение света в одномерных периодических средах изучается с использованием мод Блоха с помощью матричного метода и метода Фурье. Вводится понятие фотонной запрещенной зоны. Разрабатывается теория распространения света в двух- и трехмерных фотонных кристаллах и получаются соответствующие дисперсионные соотношения и структуры запрещенных зон. Добавлены также разделы о фотонно-кристаллических волноводах, дырчатых волокнах и фотонно-кристаллических резонаторах в соответствующих местах других глав.
Новая глава об оптике ультракоротких импульсов содержит разделы о пико-и фемтосекундных оптических импульсах, их описании, формировании и сжатии, а также об их распространении в оптических волокнах в пределах применимости линейной оптики. Разделы о нелинейной оптике таких импульсов включают импульсные параметрические взаимодействия и оптические солито
Предисловие к второму изданию Л-¹¹ ны. Дается обзор методов регистрации ультракоротких оптических импульсов с использованием доступных сравнительно медленных приемников. Кроме добавления двух новых глав, была полностью переписана глава об оптических межсоединениях и коммутаторах, дополненная такими темами, как маршрутизация и переключение по времени и длине волны и новые типы оптических переключателей. Глава об оптоволоконной связи также была существенно обновлена и дополнена материалом по сетям, использующим уплотнение с разделением сигналов по длине волны; в ней теперь даются лаконичные обзоры таких проблем, как компенсация дисперсии и управление ею, а также оптическая связь с применением солитонов. Продолжающееся развитие технологии изготовления оптических устройств породило нанофотонику, имеющую дело с оптическими процессами, происходящими на субволновых (нанометровых) пространственных масштабах. Нанофо-тонные устройства и системы включают квантоворазмерные структуры, такие как квантовые точки, наночастицы и периодические наноструктуры, используемые для синтеза метаматериалов с экзотическими оптическими свойствами, такими как отрицательный показатель преломления. К ним также относятся конфигурации системы, в которых свет (или его взаимодействие с веществом) ограничен нанометровыми (а не микрометровыми) областями вблизи границ, как в оптике поверхностных плазмонов. Нераспространяющиеся поля, такие как создаваемые вблизи поверхности, где происходит полное внутреннее отражение, также имеют такое ограничение. Нераспространяющиеся поля присутствуют в непосредственной близости от апертур субволновых размеров, таких как открытый конец конического волокна (тейпера). Их применение делает возможным получение изображений с разрешением, превосходящим дифракционный предел, и образует основу оптики ближнего поля. Многие из этих развивающихся областей описаны в соответствующих местах во втором издании данной книги. Новые разделы были добавлены в процессе обновления различных глав. К новым темам, добавленным в ранее написанные главы, относятся: пучки Ла-герра—Гаусса, получение изображений с помощью ближнего поля, уравнение Зельмейера, быстрый и медленный свет, оптика проводящих сред и плазмоника, дважды отрицательные метаматериалы, сфера Пуанкаре и параметры Стокса, поляризационная модовая дисперсия, моды типа шепчущей галереи, микрорезонаторы, оптическая когерентная томография, орбитальный момент фотона. В главах по оптике лазеров новые темы включают: волоконные усилители на основе редкоземельных элементов и комбинационного рассеяния, лазеры крайнего ультрафиолетового излучения, рентгеновские лазеры и лазеры на свободных электронах, химические лазеры и лазеры со случайной генерацией. В области оптоэлектроники добавлены: структуры и устройства на основе нитрида галлия, суперлюминесцентные диоды, органические светодиоды и светодиоды белого света, квантово-размерные лазеры, квантово-каскадные лазеры, лазеры с микрорезонаторами, фотонно-кристаллические лазеры, матричные приемники, низкошумящие лавинные фотодиоды, лавинные фотодетекторы одиночных фотонов, инфракрасные фотодетекторы на квантовых ямах.
—J \f Предисловие к второму изданию
Глава о нелинейной оптике была дополнена материалом по перестроечным кривым параметрического взаимодействия, устройствам с фазовым квазисинхронизмом, двухволновому смешению и кросс-модуляции фазы, генерации те-рагерцового излучения, а также другим нелинейно оптическим явлениям, связанным с короткими оптическим импульсами, включая усиление импульса с чирпом и генерацию суперконтинуума. Глава об электрооптике теперь содержит обсуждение модуляторов на основе электропоглощения.
Приложение В о модах линейных систем было расширено и теперь предлагает читателю полный обзор концепции мод, появляющихся в книге множество раз. Наконец, добавлены новые задачи и упражнения, причем их нумерация разделена во избежание недоразумений.
В настоящем полноцветном издании в большинстве иллюстраций использован цветовой код, отраженный в нижеприведенной карте. Пучки и распределения света изображены розовым (кроме многоцветных пучков, как, например, в нелинейной оптике). Стекло и стеклянные волокна изображаются светло-голубым. Полупроводники окрашены фиолетовым, причем яркость отражает различную степень легирования, металлы показаны красно-сиреневым. Схемы уровней и зон энергии изображены серым или темно-синим цветом, а фотонные запрещенные зоны — красным.
Карта цветов
Организация книги
В своем новом воплощении книга «Основы фотоники» содержит 24 главы, сгруппированных в шесть частей, как показано на диаграмме ниже. Форма книги модульная, так что она может использоваться читателями, имеющими различные потребности; она также дает возможность преподавателю выбрать темы для различных курсов. Существенный материал одной главы часто кратко повторяется в другой, чтобы сделать каждую главу максимально самодостаточной. Например, в начале гл. 24 «Волоконно-оптические системы связи» дается краткий обзор необходимого материала предшествующих глав, касающийся волокон, источников света, приемников и усилителей. Таким образом, в распоряжение читателя предоставляются сведения об элементной базе
Предисловие к второму изданию
сетей прежде, чем перейти к обсуждению структуры и функционирования всей системы связи, где указанные элементы применяются.
Основы Распространение Лазерная оптика Элементная база
волн оптической связи
1. Оптика лучей 7. Оптика фотон- 13. Фотоны! и атомы! 19. Акустооптика
ных кристаллов
2. Оптика волн 8. Оптика волно- 14. Лазерные уси- 20. Электрооптика
водов лители
3. Оптика пучков 9. Волоконная 15. Лазеры 21. Нелинейная
оптика оптика
10. Оптика резо- 16. Оптика полу- 22. Оптика сверх4. Фурье-оптика наторов проводников быстрых про-
цессов
5. Электромагнит- 11. Статистическая 17. Полупроводни- 23. Оптические
ная оптика оптика ковые источни- межсоединения
ки фотонов и коммутаторы
6. Поляризацион- 18. Полупроводни- 24. Волоконно-опная оптика 12. Оптика фотонов ковые детекто- тические систе-
ры фотонов мы! связи
Оптоэлектроника Системы
оптической связи
Осознавая различную степень математической подготовки потенциального читателя, мы решили представлять трудный материал в два приема: на вводном уровне, обеспечивающем понимание физического смысла и мотивации, а затем на уровне более глубокого и строгого анализа. Примером такого подхода является гл. 20 («Электрооптика»), в которой рассмотрение сначала проводится в рамках скалярной модели, а затем — с помощью тензорного формализма.
Мы старались использовать общепринятые символы и обозначения везде, где это возможно. Ввиду широкого круга рассматриваемых проблем большое число символов имеет по нескольку значений: в конце книги прилагается список обозначений и символов, помогающий внести ясность в этот вопрос. По всей книге важные формулы выделены рамками, чтобы облегчить последующее их использование. Разделы повышенной сложности отмечены звездочками и могут быть при желании пропущены. Краткие сводки полученных результатов даются всюду, где этого требует сущность излагаемого материала.
Каждая глава содержит также упражнения, набор задач и список литературы для чтения. Примеры реальных систем включены для того, чтобы подчеркнуть идеи, лежащие в основе актуальных практических применений, а в приложениях приводятся свойства одно- и двумерного преобразования Фурье, теория линейных систем и моды линейных систем.
¹⁴
Предисловие к второму изданию
Типичные курсы
Главы этой книги можно комбинировать различным образом для использования в семестровых или полусеместровых учебных курсах. Типичные примеры таких курсов приведены ниже. Некоторые из них могут быть частью цикла курсов. Возможны и другие варианты выбора, подходящие к конкретным целям преподавателя и студента.
Оптика/фотоника
1. Оптика лучей 7. Оптика фотон- 13. Фотоны! и атомы! 19. Акустооптика
ных кристаллов
2. Оптика волн 8. Оптика волно- 14. Лазерные уси- 20. Электрооптика
водов лители
3. Оптика пучков 9. Волоконная 15. Лазеры 21. Нелинейная
оптика оптика
10. Оптика резо- 16. Оптика полу- 22. Оптика сверх4. Фурье-оптика наторов проводников быстрых про-
цессов
5. Электромагнит- 11. Статистическая 17. Полупроводни- 23. Оптические
ная оптика оптика ковые источни- межсоединения
ки фотонов и коммутаторы
6. Поляризацион- 18. Полупроводни- 24. Волоконно-опная оптика 12. Оптика фотонов ковые детекто- тические систе-
ры фотонов мы связи
Первые шесть глав книги подходят для вводного курса «Оптика» или «Фотоника». К ним можно добавить гл. 11 «Статистическая оптика» для введения некогерентного и частично-когерентного света или вводные разделы гл. 8 и 9 «Оптика волноводов» и «Волоконная оптика» для знакомства с приложениями.
Оптическая обработка информации
1. Оптика лучей 7. Оптика фотон- 13. Фотоны! и атомы! 19. Акустооптика
ных кристаллов
2. Оптика волн 8. Оптика волно- 14. Лазерные уси- 20. Электрооптика
водов лители
3. Оптика пучков 9. Волоконная 15. Лазеры 21. Нелинейная
оптика оптика
10. Оптика резо- 16. Оптика полу- 22. Оптика сверх4. Фурье-оптика наторов проводников быстрых про-
цессов
5. Электромагнит- 11. Статистическая 17. Полупроводни- 23. Оптические
ная оптика оптика ковые источни- межсоединения
ки фотонов и коммутаторы
6. Поляризацион- 18. Полупроводни- 24. Волоконно-опная оптика 12. Оптика фотонов ковые детекто- тические систе-
ры фотонов мы связи
Предисловие к второму изданию
Л
15
Курс «Оптическая обработка информации» можно начать с основ волновой оптики и оптики пучков с включением Фурье-оптики (когерентное формирование и обработка изображений), а также некогерентное и частично-когерентное формирование изображений в статистической оптике. Затем можно включить материал по устройствам, используемым для обработки аналоговых данных (раздел «Акустооптика»), а закончить рассмотрением коммутаторов и логических элементов, используемых при обработке цифровых данных.
Оптика волноводов
1. Оптика лучей 7. Оптика фотон- 13. Фотоны! и атомы! 19. Акустооптика
ных кристаллов
2. Оптика волн 8. Оптика волно- 14. Лазерные уси- 20. Электрооптика
водов лители
3. Оптика пучков 9. Волоконная 15. Лазеры 21. Нелинейная
оптика оптика
10. Оптика резо- 16. Оптика полу- 22. Оптика сверх4. Фурье-оптика наторов проводников быстрых про-
цессов
5. Электромагнит- 11. Статистическая 17. Полупроводни- 23. Оптические
ная оптика оптика ковые источни- межсоединения
ки фотонов и коммутаторы
6. Поляризацион- 18. Полупроводни- 24. Волоконно-опная оптика 12. Оптика фотонов ковые детекто- тические систе-
ры фотонов мы! связи
Курс «Оптика волноводов» можно начать с введения в распространение волн в слоистых и периодических средах (гл. 7 «Оптика фотонных кристаллов») и продолжить с использованием глав «Оптика волноводов», «Волоконная оптика» и «Оптика резонаторов». Дополнительные темы могут включать «Электрооптику» и «Оптические межсоединения и коммутаторы».
Лазеры
1. Оптика лучей 7. Оптика фотон- 13. Фотоны! и атомы! 19. Акустооптика
ных кристаллов
2. Оптика волн 8. Оптика волно- 14. Лазерные уси- 20. Электрооптика
водов лители
3. Оптика пучков 9. Волоконная 15. Лазеры 21. Нелинейная
оптика оптика
10. Оптика резо- 16. Оптика полу- 22. Оптика сверх4. Фурье-оптика наторов проводников быстрых про-
цессов
5. Электромагнит- 11. Статистическая 17. Полупроводни- 23. Оптические
ная оптика оптика ковые источни- межсоединения
ки фотонов и коммутаторы
6. Поляризацион- 18. Полупроводни- 24. Волоконно-опная оптика 12. Оптика фотонов ковые детекто- тические систе-
ры фотонов мы! связи
¹⁶ -V
Предисловие к второму изданию
Курс «Лазеры» можно начать с оптики пучков и резонаторов, затем следует теория взаимодействия света с веществом (гл. 13), лазерного усиления и генерации (гл. 14 и 15) с включением полупроводниковых светоизлучающих диодов и лазеров (гл. 16 и 17). Введение в физику фемтосекундных лазеров можно обеспечить путем включения соответствующих разделов из главы «Оптика сверхбыстрых процессов».
Оптоэлектроника
1. Оптика лучей 7. Оптика фотон- 13. Фотоны! и атомы! 19. Акустооптика
ных кристаллов
2. Оптика волн 8. Оптика волно- 14. Лазерные уси- 20. Электрооптика
водов лители
9. Волоконная 21. Нелинейная
3. Оптика пучков оптика 15. Лазеры оптика
10. Оптика резо- 16. Оптика полу- 22. Оптика сверх4. Фурье-оптика наторов проводников быстрых про-
цессов
5. Электромагнит- 11. Статистическая 17. Полупроводни- 23. Оптические
ная оптика оптика ковые источни- межсоединения
ки фотонов и коммутаторы
6. Поляризацион- 18. Полупроводни- 24. Волоконно-опная оптика 12. Оптика фотонов ковые детекто- тические систе-
ры фотонов мы связи
Три главы, посвященные оптике полупроводников, полупроводниковым источникам, усилителям и детекторам, образуют основу для курса «Оптоэлектроника». Этот материал можно сопроводить основами оптики из предыдущих глав и расширить путем включения таких тем, как устройства на жидких кристаллах (разд. 6.5 и 20.3), полупроводниковые модуляторы на основе электропоглощения (разд. 20.5) и введение в использование фотонных устройств для коммутации и/или связи (гл. 23 и 24, соответственно).
Фотонные устройства
1. Оптика лучей 7. Оптика фотон- 13. Фотоны! и атомы! 19. Акустооптика
ных кристаллов
2. Оптика волн 8. Оптика волно- 14. Лазерные уси- 20. Электрооптика
водов лители
3. Оптика пучков 9. Волоконная 15. Лазеры 21. Нелинейная
оптика оптика
10. Оптика резо- 16. Оптика полу- 22. Оптика сверх-
4. Фурье-оптика наторов проводников быстрых про-
цессов
5. Электромагнит- 11. Статистическая 17. Полупроводни- 23. Оптические
ная оптика оптика ковые источни- межсоединения
ки фотонов и коммутаторы
6. Поляризацион- 18. Полупроводни- 24. Волоконно-оп-
ная оптика 12. Оптика фотонов ковые детекто- тические систе-
ры фотонов мы связи
Предисловие к второму изданию
Л-¹⁷
Другая возможная тема курса лекций, совмещающего устройства на основе фотонных кристаллов и волноводов с электрооптическими, акустооптически-ми и нелинейно-оптическими устройствами, с включением оптики ультракоротких импульсов, оптических средств связи и переключателей — это «Фотонные устройства».
Волоконно-
оптическая связь
1. Оптика лучей 7. Оптика фотон- 13. Фотоны! и атомы! 19. Акустооптика
ных кристаллов
2. Оптика волн 8. Оптика волно- 14. Лазерные уси- 20. Электрооптика
водов лители
3. Оптика пучков 9. Волоконная 15. Лазеры 21. Нелинейная
оптика оптика
10. Оптика резо- 16. Оптика полу- 22. Оптика сверх4. Фурье-оптика наторов проводников быстрых про-
цессов
5. Электромагнит- 11. Статистическая 17. Полупроводни- 23. Оптические
ная оптика оптика ковые источни- межсоединения
ки фотонов и коммутаторы
6. Поляризацион- 18. Полупроводни- 24. Волоконно-опная оптика 12. Оптика фотонов ковые детекто- тические систе-
ры фотонов мы! связи
Курс «Волоконно-оптическая связь» мог бы включать оптические волноводы и волокна, полупроводниковые источники и усилители света (возможно, также подразд. 14.3.3 и 14.3.4 о волоконных и рамановских волоконных усилителях) в качестве базового материала для главы «Волоконно-оптическая связь» (гл. 24). Если требуется выделить волоконно-оптические сети, можно также включить разд. 23.3 о фотонных переключателях.
Бостон, Массачусетс 19 декабря 2006 г.
Бахаа Е.А. Салех
Малвин Карл Тейх
Доступ онлайн
900 ₽
В корзину